金屬間化合物功能材料

概述/金屬間化合物功能材料應(yīng)用化學(xué)前沿課程研究經(jīng)歷

2004.04-至今中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所（研究員）2000.6-2004.3日本科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(tuán)（科學(xué)技術(shù)研究員）1992.7-1996.11中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所（助理研究員）王立民個(gè)人簡(jiǎn)歷學(xué)習(xí)經(jīng)歷

1996.12-2000.3日本東北大學(xué)金屬材料研究所工學(xué)研究科(博士學(xué)位)1989.09-1992.7中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所無(wú)機(jī)化學(xué)(碩士學(xué)位)1983.09-1987.7齊齊哈爾師范學(xué)院化學(xué)系（學(xué)士學(xué)位）其它2004年科學(xué)院“百人計(jì)劃”科學(xué)院研究生院兼職教授輕金屬&電池材料研究組/已畢業(yè)博士生8人：2人獲得科學(xué)院優(yōu)秀畢業(yè)生

4人國(guó)外留學(xué)、4人國(guó)內(nèi)就業(yè)

2004年4月組建研究員2助理研究員4工程師1實(shí)驗(yàn)師1博士后3博士生5碩士生8合計(jì)24承擔(dān)項(xiàng)目：2004－2012年中國(guó)科學(xué)院‘百人計(jì)劃’，方向性項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金面上、群體項(xiàng)目吉林省院－地合作項(xiàng)目科技部“863”項(xiàng)目各地方合作項(xiàng)目

以上總經(jīng)費(fèi)：～1500萬(wàn)元承擔(dān)項(xiàng)目-－研究方向主要研究方向：儲(chǔ)氫材料、準(zhǔn)晶鎳氫電池Li+電池Ce-TM液流電池輕金屬多孔復(fù)合材料山東淄博成立研發(fā)中心輕金屬&電池材料研究組——一個(gè)中心功能材料研究中式基地技術(shù)服務(wù)成果轉(zhuǎn)化寬溫區(qū)大容量鎳氫電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線在常州建成投產(chǎn)輕金屬&電池材料研究組——一個(gè)產(chǎn)業(yè)化2012年5月18日，由中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所主辦，江蘇省科技廳、中科院南京分院、常州市人民政府、常州市天寧區(qū)人民政府支持的“寬溫區(qū)大容量鎳氫電池產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目投產(chǎn)剪彩儀式”。課程內(nèi)容?第一講：概述

◎如何學(xué)習(xí)◎材料——功能材料◎金屬間化合物◎新材料展望?第二講：準(zhǔn)晶材料?第三講：化學(xué)電源?第四講：電池材料如何學(xué)習(xí)？???1，了解2，思考3，啟迪

2011年11月，“在全球21個(gè)受調(diào)查國(guó)家中，中國(guó)孩子的計(jì)算能力排名第一，想象力排名倒數(shù)第一，創(chuàng)造力排名倒數(shù)第五?！皩W(xué)校應(yīng)該全面實(shí)施素質(zhì)教育……強(qiáng)化能力培養(yǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力”。建議改為，“學(xué)校在全面實(shí)施素質(zhì)教育時(shí)，要注重提高學(xué)生的想象能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力”。能發(fā)揮想象的作品2010年5月17日，全球規(guī)模最大、最具影響力的中學(xué)生科學(xué)競(jìng)賽“2010英特爾國(guó)際科學(xué)與工程大獎(jiǎng)賽”各項(xiàng)大獎(jiǎng)結(jié)果揭曉。美國(guó)隊(duì)表現(xiàn)優(yōu)異，囊括所有2項(xiàng)大獎(jiǎng)和19個(gè)分類最佳獎(jiǎng)中的15個(gè)，其余4個(gè)被韓國(guó)、英國(guó)和巴西學(xué)生分享。大獎(jiǎng)賽第一名獲得者是年僅15歲的美籍華裔喬紫薇

22名中國(guó)學(xué)生獲得單項(xiàng)、團(tuán)體共計(jì)23個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。其中有5個(gè)二等獎(jiǎng)，其他為三、四等獎(jiǎng)和學(xué)會(huì)獎(jiǎng)。（IntelISEF2010）元素周期表什么是材料材料材料

材料是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展、征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑。材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)引起生產(chǎn)技術(shù)的革命，把人類物質(zhì)文明推向前進(jìn)。復(fù)合材料鐵器材料銅器材料石器材料現(xiàn)代社會(huì)原始社會(huì)材料的發(fā)展、作用

金屬材料：黑色金屬材料（鋼鐵）、有色黑色金屬材料（除鋼鐵以外的）

陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷

高分子材料：塑料、橡膠合成纖維

復(fù)合材料：金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合材料

功能材料：電子材料、光電子材料、超導(dǎo)材料可將材料分為金屬、陶瓷、高分子和由金屬、陶瓷和高分子分別組合成的各種復(fù)合材料材料。材料分類金屬材料

3.新材料技術(shù)

新材料技術(shù)將向材料的結(jié)構(gòu)功能復(fù)合化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備和使用過(guò)程綠色化發(fā)展。突破現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、表征與先進(jìn)制備加工技術(shù)，在納米科學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展納米材料與器件，開發(fā)超導(dǎo)材料、智能材料、能源材料等特種功能材料，開發(fā)超級(jí)結(jié)構(gòu)材料、新一代光電信息材料等新材料。國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006━2020年)材料的結(jié)構(gòu)包括不同晶體結(jié)構(gòu)和非晶體，以及顯微鏡下的微觀結(jié)構(gòu)，哪些主要因素能夠影響和改變結(jié)構(gòu)？只有了解了這些才能實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)的目的。材料的性能包括物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括四個(gè)層次：①原子結(jié)構(gòu)；②結(jié)合鍵；③原子的排列方式；④顯微組織材料結(jié)構(gòu)關(guān)系

按溶質(zhì)原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。

固溶體材料

按固溶度不同，可分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。按溶質(zhì)原子分布不同，可分為無(wú)序固溶體和有序固溶體。

固溶體材料3固溶體的結(jié)構(gòu)（1）晶格畸變。（2）偏聚與有序：取決于同類原子和異類原子間結(jié)合力的相對(duì)大小。完全無(wú)序、偏聚、部分有序、完全有序。固溶體材料4固溶體的性質(zhì)

(1）點(diǎn)陣常數(shù)改變（2）產(chǎn)生固溶強(qiáng)化現(xiàn)象：固溶體的強(qiáng)度和硬度高于純組元，塑性則較低。概念：固溶強(qiáng)化－由于溶質(zhì)原子的溶入而引起的強(qiáng)化效應(yīng)。間隙固溶體的強(qiáng)化效果高于置換固溶體。如產(chǎn)生柯氏氣團(tuán)或有序強(qiáng)化。（3）物理、化學(xué)性能改變固溶體材料Howisaintermetalliccompound?

中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。包括：正常價(jià)化合物、電子化合物（電子相）、間隙化合物。金屬間化合物材料⊙100多年來(lái)，研究開發(fā)以純金屬基體的各種材料。⊙近20年來(lái)，研究開發(fā)金屬間化合物材料--重要研究方向?！涯壳?，已經(jīng)知道的金屬間化合物超過(guò)3萬(wàn)種，但得到開發(fā)應(yīng)用的還不到1%?！言S多新型結(jié)構(gòu)材料和功能材料正等待去發(fā)現(xiàn)。

中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。包括：正常價(jià)化合物、電子化合物（電子相）、間隙化合物。

金屬間化合物材料金屬間化合物組成金屬間化合物構(gòu)造金屬間化合物

1正常價(jià)化合物（1）形成：電負(fù)性差起主要作用，符合原子價(jià)規(guī)則。（2）鍵型：隨電負(fù)性差的減小，分別形成離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵。（3）組成：AB或AB2。如MnS,Mg2Si.

2電子化合物（電子相）（1）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價(jià)規(guī)則。（2）鍵型：金屬鍵（金屬－金屬）。（3）組成：電子濃度對(duì)應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)，可用化學(xué)式表示，可形成以化合物為基的固溶體。金屬間化合物3間隙化合物（1）形成：尺寸因素起主要作用。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單間隙化合物（間隙相）：金屬原子呈現(xiàn)新結(jié)構(gòu)，非金屬原子位于其間隙，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。如面心立方VC——RX/RM<0.59.復(fù)雜間隙化合物：主要是鐵、鈷、鉻、錳的化合物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如Fe3C——RX/RM>0.59（3）組成：可用化學(xué)式表示，可形成固溶體，復(fù)雜間隙化合物的金屬元素可被置換。（4）鍵型：共價(jià)鍵和金屬鍵。金屬間化合物4拓?fù)涿芏严啵?）形成：由大小金屬原子的適當(dāng)配合而形成的高密排結(jié)構(gòu)。其空間利用率和配位數(shù)都很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）組成：如AB2。5金屬化合物的特性（1）力學(xué)性能：高硬度、高強(qiáng)度、低塑性。（2）物化性能：具有電學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)性質(zhì)等，可用于半導(dǎo)體材料、形狀記憶材料、儲(chǔ)氫材料等。6非化學(xué)計(jì)量比化合物2h1).具有強(qiáng)磁性的金屬間化合物如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物；

2).具有奇特吸釋氫本領(lǐng)的金屬間化合物（貯氫材料）如LaNi5，F(xiàn)eTi，RE2Mg17和RE2Ni2Mg15；

3).具有超導(dǎo)性質(zhì)的金屬間化合物如Nb3Ge，Nb3Al，Nb3Sn，V3Si，NbN等；

4).具有特殊電學(xué)性質(zhì)的金屬間化合物如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半導(dǎo)體材料用；

5).具有耐熱特性的金屬間化合物如Ni3Al，TiAl，F(xiàn)e3Al，MoSi2，NbBe12，ZrBe12；

6).耐蝕的金屬間化合物如某些金屬的MC，MB、MN和MO；

7).具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性和消震性的金屬間化合物如TiNi，CuZn，CuSi，MnCu，Cu3Al；8).具有特殊構(gòu)造和功能的金屬間化合物如準(zhǔn)晶AlRETM，MgRETM；近似結(jié)晶TiTMAM等9）此外……金屬間化合物材料舉例材料科學(xué)領(lǐng)域50年間十大進(jìn)展評(píng)出科學(xué)網(wǎng)

發(fā)布時(shí)間：2007-12-1917:47:8（MaterialsToday）雜志評(píng)選出材料科學(xué)領(lǐng)域在過(guò)去50年間的十大進(jìn)展。1.TheInternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors

《國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖》2.Scanningprobemicroscopes

掃描式探針顯微鏡3.Giantmagnetoresistiveeffect

巨磁電阻效應(yīng)4.Semiconductorlasersandlight-emittingdiodes

半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管5.NationalNanotechnologyInitiative

美國(guó)國(guó)家納米技術(shù)計(jì)劃6.Carbonfiberreinforcedplastics

碳纖維強(qiáng)化塑料7.MaterialsforLiionbatteries

鋰離子電池材料8.Carbonnanotubes

碳球、納米管+石墨烯9.Softlithography

軟刻蝕10.Metamaterials

超材料新能源我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)6000萬(wàn)千瓦以上，建成太陽(yáng)能電站1000萬(wàn)千瓦以上，核電運(yùn)行裝機(jī)達(dá)到4000萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)共需要稀土永磁材料4萬(wàn)噸、高性能玻璃纖維50萬(wàn)噸、高性能樹脂材料90萬(wàn)噸，多晶硅8萬(wàn)噸、低鐵絨面壓延玻璃6000萬(wàn)平方米，需要核電用鋼7萬(wàn)噸/年，核級(jí)鋯材1200噸/年、鋯及鋯合金鑄錠2000噸/年節(jié)能和新能源汽車2015年，新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量將超過(guò)50萬(wàn)輛，需要能量型動(dòng)力電池模塊150億瓦時(shí)/年、功率型30億瓦時(shí)/年、電池隔膜1億平方米/年、六氟磷酸鋰電解質(zhì)鹽1000噸/年、正極材料1萬(wàn)噸/年、碳基負(fù)極材料4000噸/年；乘用車需求超過(guò)1200萬(wàn)輛，需要鋁合金板材約17萬(wàn)噸/年、鎂合金10萬(wàn)噸/年。高端裝備制造"十二五"期間，航空航天、軌道交通、海洋工程等高端裝備制造業(yè)，預(yù)計(jì)需要各類軸承鋼180萬(wàn)噸/年、油船耐腐蝕合金鋼100萬(wàn)噸/年、軌道交通大規(guī)格鋁合金型材4萬(wàn)噸/年、高精度可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金切削工具材料5000噸。到2020年，大型客機(jī)等航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要高性能鋁材10萬(wàn)噸/年，碳纖維及其復(fù)合材料應(yīng)用比重將大幅增加。新一代信息技術(shù)預(yù)計(jì)到2015年，需要8英寸硅單晶拋光片約800萬(wàn)片/年、12英寸硅單晶拋光片480萬(wàn)片/年，平板顯示玻璃基板約1億平方米/年，TFT混合液晶材料400噸/年。節(jié)能環(huán)保"十二五"期間，熒光燈年產(chǎn)量將超過(guò)30億只，熒光粉約1萬(wàn)噸/年；新型墻體材料需求將超過(guò)230億平方米/年，保溫材料產(chǎn)值將達(dá)1200億元/年;火電煙氣脫硝催化劑及載體需求將達(dá)到40億元/年，耐高溫、耐腐蝕袋式除塵濾材和水處理膜材料等市場(chǎng)需求將大幅增長(zhǎng)。

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對(duì)部分新材料的需求預(yù)測(cè)

未來(lái)材料是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有優(yōu)異性能或特殊性能的、代表現(xiàn)代新技術(shù)動(dòng)向并能滿足未來(lái)需要的材料。供光通信用的光導(dǎo)纖維材料、先進(jìn)金屬材料、新型陶瓷材料；用于計(jì)算機(jī)技術(shù)的半導(dǎo)體超純材料和信息記錄材料；供無(wú)線電技術(shù)用的人工晶體材料；供激光技術(shù)用的激光發(fā)生、光調(diào)制、光波導(dǎo)、光存儲(chǔ)材料；在新能源中用的超導(dǎo)材料；供生物工程用的人工器官材料；在遙感技術(shù)上用的傳感功能材料。未來(lái)材料十種已問世的未來(lái)材料

2009年06月22日

08:08

新浪科技1.特氟隆

已問世的未來(lái)材料

2.超薄超導(dǎo)體

已問世的未來(lái)材料

3.太陽(yáng)能房頂

已問世的未來(lái)材料

4.隱形材料和隱聲材料已問世的未來(lái)材料

5.透明材料

金屬玻璃

強(qiáng)度是普通鋼材的兩倍，加工成本同塑料一樣便宜科學(xué)家開發(fā)可吹塑成型合金材料透明的烤面包機(jī)當(dāng)你看著透明的烤面包機(jī)時(shí)感覺如何？通過(guò)烤面包機(jī)墻你可以看到它真實(shí)的操作，這樣就不會(huì)耽誤你和客人敬酒了。但這僅僅是一個(gè)概念，還沒有真正得到落實(shí)。優(yōu)秀研究士的培養(yǎng)難在哪里？

目前，我國(guó)在校博士生已超過(guò)25萬(wàn)人，每年授予博士學(xué)位的數(shù)量超過(guò)5萬(wàn)，比美國(guó)多出1萬(wàn)多。自2008年起，我國(guó)就已成為全球最大的博士學(xué)位授予國(guó)。難點(diǎn)一：成就感反饋時(shí)間長(zhǎng)，研究興趣難以保持

現(xiàn)在很多年輕人目的性都很強(qiáng)，都是準(zhǔn)備畢業(yè)后要賺大錢，要有好的工作，有這樣的想法，真正做研究就很難。難點(diǎn)二：研究方向不好找

找一個(gè)